[發明專利]一種類半人馬機器人及其臂足協同平衡控制方法

在審

• 申請號: 202310210084.0
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116424453A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 陳光榮;閆雷;盧華風;魏寧澤;丁泓博
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B25J9/16
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 岳東升

本發明涉及移動機器人領域和機械臂領域，特別涉及一種類半人馬機器人及其控制方法，具體地說是綜合了四足機器人和機械臂功能的一種機器人。所發明的類半人馬機器人的總體結構由四足機器人部分、機械臂部分、身體機構部分、視覺感知部分組成；類半人馬機器人將四足機器人的移動性、環境適應性和機械臂結合起來，兩個機械臂也可以互相配合完成相應任務，從而可以擴展更大的工作空間，豐富了機器人的應用場景，在生產環境中，機器人可以實現臂足協同運動，完成搬運和抓取各類物體，摔倒后自主重新站立，更具有兼容性和功能多樣性。

技術領域

本發明涉及移動機器人領域和機械臂領域，特別涉及一種類半人馬機器人及其控制方法，具體地說是綜合了四足機器人和機械臂功能的一種機器人。

背景技術

隨著社會的進步和科技的發展，機器人的應用領域逐漸擴大，而人們對機器人的功能需求也越來越高。輪式車輛在相對平坦的地形上行駛時，具有控制簡單、運動平穩快速的特點，但在松軟地面或崎嶇不平的地形上行駛時，車輪的移動效率大大降低甚至無法移動，而足式機器人可以在非結構化和惡劣的環境中工作。四足機器人可以適應復雜的環境，但四足機器人所能完成的工作有限，很多情況下的許多工作并不能由四足機器人單獨完成，例如抓取物體、移動物體等。

在企業的各種生產活動中，對機器人最主要的需求就是抓取。機械臂是一種臂型工業機器人，具有多個關節或者多個自由度，已經廣泛應用于各種企業的生產活動中，工業機器人可以進行生產、搬運、焊接、碼垛和裝箱等高重復性和高危險性的操作。目前，工業機械臂大多按照規定好的軌跡進行工作，對機械臂的位置以及物體的擺放都有特定的要求，智能化程度不高，不能勝任各種各樣的生產場景。

發明內容

四足機器人和機械臂都有各自無法完成的場景，而針對上述的不足，本發明提供了一種綜合了四足機器人和機械臂功能的類半人馬機器人。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種類半人馬機器人，其總體結構由四足機器人部分、機械臂部分、身體機構部分、視覺感知部分組成。

其中，四足機器人部分與地面相接觸，由左前腿、右前腿、右后腿、左后腿和腰部機構組成；各腿部結構均相同，均由球形足端、小腿、大腿、膝關節電機、髖關節俯仰電機和髖關節橫滾電機組成，通過髖關節橫滾電機安裝在腰部機構前后兩側；髖關節橫滾電機與髖關節俯仰電機連接，實現腿部髖關節的橫滾運動；髖關節俯仰電機與膝關節電機連接，實現腿部髖關節的俯仰運動；膝關節電機則與大腿連接，大腿與小腿通過轉動副連接，球形足端固定在小腿末端并與地面接觸；第一固定座固定在四足機器人腰部機構上，通過底座電機帶動底座旋轉；身體機構安裝在第一固定座上，并與第一固定座通過轉動副連接；視覺感知部分包括激光雷達和前視攝像頭，其中激光雷達安裝在身體機構上方，并與之固定連接；第二固定座和第三固定座固定在身體機構左側和右側，左六自由度機械臂和右六自由度機械臂結構相同，均由基座、大臂、折臂、小臂、腕關節和夾爪組成，分別通過第二固定座和第三固定座與身體機構連接；機械臂的六個關節均為轉動副，通過串聯方式相連接；夾爪安裝在機械臂末端，可以實現物體的搬運和夾取。

一種類半人馬機器人臂足協同控制方法，其控制架構由自身位姿獲取模塊、期望位姿計算模塊、運動控制模塊組成。

其中，自身位姿獲取模塊用于獲取類半人馬機器人當前位姿信息，包括類半人馬機器人腿部各關節當前角度信息和左右兩個六自由度機械臂各關節當前角度信息，并通過慣性測量單元測量姿態角并計算類半人馬機器人當前重心位置信息。

期望位姿計算模塊用于實時計算類半人馬機器人腿部各關節和左右兩個六自由度機械臂各關節當前期望角度，包括：